不同機械化耕播模式對冬小麥幼苗質量和產量的影響

趙凌天，咸云宇，劉光明，姜恒鑫，廖平強，趙 燦，王維領，霍中洋

（江蘇省作物遺傳生理重點實驗室/江蘇省作物栽培生理重點實驗室/江蘇省糧食作物現代產業技術協同創新中心，揚州大學，揚州 225009）

0 引 言

農業機械化是實現農業現代化的重要標志和前提，隨著中國社會經濟的快速發展與政策的不斷支持，農業生產機械化水平不斷提高[1]，有力促進了糧食現代化生產。小麥是主要的糧食作物，也是機械化程度最高的糧食作物，2020年全國小麥耕種收綜合機械化率穩定在95%以上，基本實現了小麥生產全程機械化[2]。稻茬麥是中國南方地區最主要的麥作方式[3]，其生產水平直接影響著小麥的安全生產。近年來，隨著機插與直播稻的大面積種植，水稻成熟期推遲[4]，小麥耕播等農耗時間縮短，加之稻秸全量還田的普及[5]，不僅增加了小麥耕播難度，也影響著小麥耕播質量[6]，給小麥的優質高產高效生產帶來了一定的影響[7]。關于不同耕播模式對小麥生長發育的影響已有研究。如張成等[8]研究認為，成都平原地區稻茬小麥采用“翻耕＋旋耕”復合耕作技術增產增收效果明顯。吳鵬等[9]研究表明，旋耕撒播、旋耕條播的出苗率基本一致，均高于板茬免耕條播，但兩者幼苗質量低于板茬免耕條播。李福建等[10]研究發現，板茬搭配均勻擺播的耕播方式能夠提高小麥養分吸收能力，增加養分吸收率，提高籽粒產量。彭思姣[11]研究認為，“耕翻＋鎮壓＋條播”處理的穗數、千粒質量、產量均極顯著高于“旋耕＋撒播”、“旋耕＋條播”、“旋耕＋鎮壓＋條播”等處理。但以上研究主要集中在不同耕作及播種方式搭配組合對小麥產量及其形成的影響，不僅操作環節多，而且需要配套多種作業機械，耕作與播種農耗時間長，作業效率低，不利于新時期稻茬小麥壯苗早發與高產高效生產。為此，本研究選擇雙軸分層切削施肥播種鎮壓開溝復式作業機和LCB-10型小麥精確施肥旋耕播種機兩種新型復式作業機械，并以傳統耕播與人工撒播為對照，比較研究了不同機械及其耕播模式對小麥幼苗生長、產量和經濟效益的影響，以期為小麥規模化機械化高產高效生產提供理論與實踐依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與供試材料

試驗于2019—2021年在江蘇省泰州市姜堰區井賢農場進行。試驗田為潴育型水稻土，質地為黏性，前茬為水稻。2019—2020年0～20 cm耕層土壤含有機質質量為31.83 g/kg、全氮1.97 g/kg、速效鉀166.34 mg/kg、速效磷63.12 mg/kg，播種前土壤相對含水量為72.36%；2020—2021年0～20 cm耕層土壤含有機質質量為31.69 g/kg、全氮1.94 g/kg、速效鉀165.94 mg/kg、速效磷62.93 mg/kg，播種前土壤相對含水量為79.36%。

供試小麥品種為春性中熟優質強筋小麥農麥88，株高83 cm左右，全生育期210 d左右。2019—2020年耕播日期為2019年11月1日，收獲日期為2020年5月30日；2020—2021年耕播日期為2020年11月3日，收獲日期為2020年6月1日。

1.2 試驗設計

試驗設計6種稻秸全量還田條件下小麥機械化耕播模式：雙軸分層切削施肥播種鎮壓開溝復式作業模式（模式1），即一次性完成機械施肥→旋耕→開溝 →播種→覆土→鎮壓→開排水溝作業；LCB-10型小麥精確施肥播種機施肥→旋耕→播種→覆土→鎮壓（模式2）；LCB-10型小麥精確施肥播種機施肥→淺旋耕→播種→覆土→鎮壓（模式3）；金奧雙盤撒肥機TW-350撒肥→2BFG-10（6）230旋耕智能施肥播種機旋耕→開溝→播種→覆土→鎮壓（模式4）；傳統施肥撒播旋耕機施肥→撒播→旋耕（模式5）；傳統施肥撒播旋耕機旋耕→人工撒播→人工撒肥→老式手扶拖拉機旋耕覆土（模式6）。其中，雙軸分層切削施肥播種鎮壓開溝復式作業機械為揚州大學自研，LCB-10型小麥精確施肥播種機為鎮江立昌智能裝備有限公司出品，2BFG-10（6）230旋耕智能施肥播種機為江蘇項瑛農機有限公司出品。隨機區組設計。為便于機械耕作，各處理以田塊為單元構建大區，模式1～5面積為40 000 m2，模式6面積為2 000 m2。

播種量為150 kg/hm2，其中模式1～4為條播，模式5、模式6為撒播；氮、磷、鉀施用量分別為315 、157 和157 kg/hm2，其中氮肥運籌模式為基肥∶拔節肥∶孕穗肥＝6∶2∶2，拔節肥于倒三葉期施用，孕穗肥于倒一葉期施用，磷、鉀肥均一次性基施。其他措施均按高產要求進行。不同機械的耕播農藝參數如表1。

表1 各模式的耕深、行距、幅寬Table 1 Tillage depth, row spacing and width of each mode

1.3 測定項目與方法

1.3.1 耕深

各處理沿對角線隨機取5個測區，每測區寬度為1個工作幅寬，長度為10 m，然后在每個測區內隨機取5點，以耕后地表為基準，用耕深尺測量每點耕深，計算平均耕深。檢測點位置避開地邊和地頭。

1.3.2 植被覆蓋率

各處理于播種前及播種后分別沿對角線隨機取5個觀測區，每個觀測區取5點，每點1 m2，分別測定植被

1.3.3 露籽率

各處理沿對角線隨機取5個測區，每個測區寬度為1個工作幅寬，長度為10 m，然后在每個測區內隨機取5點，其中模式1～4每點連續取5行，每行1 m，模式5～6每點取1 m2，調查暴露在地表的籽粒數量。

1.3.4 播深與出苗率

小麥出苗后，各處理沿對角線隨機取5點，其中模式1～4每點取1行，行長1 m，模式5～6每點取1 m2，分別調查出苗數，計算出苗率及出苗數變異系數，并以出苗數變異系數的倒數表示出苗均勻度。同時每點調查麥苗10株，將土壤扒開，量取種子至地表的深度，計算平均值，即為播深。

1.3.5 越冬初期幼苗質量

各處理于越冬初期取幼苗20株，分別測量株高和調查單株分蘗數，同時用葉面積儀（L1-3000C，美國）測定植株綠葉面積，計算葉面積指數，隨后將地上部植株（莖鞘與葉片）裝袋，于105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒質量，測定干物質積累量。

1.3.6 產量及其構成

各處理于成熟前1周沿對角線隨機取5點，模式1～4每點連續取5行，每行1 m，模式5～6每點取1 m2，調查實際成穗數，然后每點取麥穗50個考種，測定每穗粒數。成熟期每處理實割5點，每點1 m2，經脫粒與曬至適宜水分后稱取質量，計算實際產量，同時數粒測定千粒質量。

1.3.7 作業效率

分別用計時器記錄各處理模式施基肥、旋耕、播種、鎮壓與開溝作業等環節的作業時間，計算作業效率。

1.3.8 經濟效益

經濟效益計算公式為

式中EB為經濟效益，元/hm2；YR為小麥產量收入，元/hm2；LW為人工費用，元/hm2；MW為機械費用，元/hm2；OW為其他費用，元/hm2。機械費用包括油費、租賃費用；其他費用包括肥料費用、農藥費用、灌溉費用、管理費用等。上述參數的計算均參照生產季度當時的市場價格，包括小麥價格、用工價格、油費、水價等。

1.4 數據分析

用Microsoft excel 2019、SPSS 23.0進行處理和分析，用Origin 2018作圖，采用LSD最小顯著性差異法在P＜0.05水平進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 播種與出苗質量

由表2可知，模式1至模式4對小麥播種質量均具有顯著影響，模式5相較于模式6僅露籽率2 a均有所改善，對播種深度以及植被覆蓋率影響不顯著。從播種深度看，2019—2020年和2020—2021年小麥均是模式2最深，分別為4.30和4.26 cm，顯著高于其他模式，其次是模式4、模式3，在2019—2020年均顯著高于模式1、模式5和模式6，在2020—2021年模式4顯著高于模式1、模式5和模式6，模式3則僅顯著高于模式1，與其他模式間無顯著差異，模式4與模式3在2 a間均沒有顯著差異，模式6與模式5間也沒有顯著差異，2 a播深最淺的均為模式1，分別為2.14 和2.03 cm，但仍處于小麥適宜播深范圍內；2020—2021年所有模式的露籽率相較于2019—2020年均有所上升，2 a露籽率最低的均為模式2、3，并顯著低于其他模式，其次為模式1，2019—2020年和2020—2021年露籽率分別為12.62%和17.47%，2 a均顯著低于模式4、模式5和模式6，2019—2020年和2020—2021年露籽率最高的均為模式6，分別高達35.92%和37.18%，對比其他模式平均高出12.61～35.46個百分點；2019—2020年和2020—2021年植被覆蓋率最高的均為模式1，達80.12%和78.43%，且2 a均顯著高于其他模式，模式2、5、4、6在2019—2020年和2020—2021年平均達67.3%～72.3%，2 a植被覆蓋率最低的均為模式3，比其他模式平均低49.64～62.91個百分點。2019—2020年和2020—2021年作業效率相同，最高為新型機械化復合作業模式1，達0.36 hm2/h，較其他模式高100%～620%。其次是模式2，較模式3至模式6高0%～260%。其中模式1、模式2與模式3分別是模式4的3.27、1.64和1.64倍，比模式5分別高176.92%和38.50%，分別是人工撒播模式6的7.2、3.6和3.6倍。

表2 2019—2021年不同機械化耕播模式對冬小麥播種與出苗質量的影響Table 2 Effects of different mechanized tillage and sowing modes on sowing and seedling emergence quality of winter wheat from 2019 to 2021

不同機械耕播模式對小麥出苗質量也有顯著影響。其中2019—2020年和2020—2021年出苗率最高的均為模式2，2 a平均出苗率達59.66%，與模式1差異不顯著，較其他模式2 a平均高6.77%～20.60%，模式1較模式3至模式6兩年平均高6.13%～19.87%。其次為模式4，在2019—2020年顯著高于模式3、模式5和模式6，在2020—2021年僅顯著高于模式5，2019—2020年和2020—2021年出苗率最低的均為模式5，分別比模式1、模式2平均低16.59%和17.09%；2019—2020年和2020—2021年出苗均勻度最高的均為模式1，2 a平均達27.95，顯著高于其他處理，2 a平均高102.26%～300.55%，2019—2020年出苗均勻度最低的為模式2及模式6，分別比模式1低21.18和21.39，2020—2021年出苗均勻度最低的為模式3、模式6、模式2，分別比模式1低20.53、19.76和19.05。

2.2 越冬初期幼苗生長情況

比較分析不同機械化耕播模式小麥越冬初期幼苗生長情況（圖1）可以看出，2019—2020年和2020—2021年苗高最高的均為模式2、模式6，但兩處理間無顯著差異，且2 a間均顯著高于其他模式，模式1的苗高在2019—2020年和2020—2021年均顯著高于模式3、模式4及模式5，分別平均高11.26%、15.13%和15.58%，模式3、模式4和模式5間沒有顯著差異（圖 1a）；單株分蘗數在2019—2020年和2020—2021年均是模式2最高，平均比其他處理高1個/株以上，且差異達顯著水平，模式1的單株分蘗數在2019—2020年顯著大于模式3、模式5和模式6，在2020—2021年顯著高于模式3、模式4、模式5和模式6，其他模式間差異較小（圖1b）；葉面積指數在2019—2020年和2020—2021年均以模式6最高，其次為模式2，但兩處理間沒有顯著差異，模式1的葉面積指數也相對較高，2 a平均達0.61，并顯著高于模式3、模式4與模式5，模式3與模式4及模式5間則沒有顯著差異（圖1c）；群體干物質積累量上，2019—2020年和2020—2021年均是模式2最高，2 a平均達1.91 t/hm2，其次是模式6，但與模式2差異不顯著，再次是模式1，顯著高于模式3、模式4與模式5，2 a分別平均高16.83%、23.73%、16.94%，模式3、模式4、模式5之間無顯著差異。

2.3 產量及其構成因素

由表3可知，不同機械化耕播模式對小麥產量影響顯著。其中2019—2020和2020—2021年產量最高的均為模式2，其次為模式1，2 a產量分別達9 894.38和9 689.64 kg/hm2，模式2較模式3至模式6兩年平均高23.84%～42.90%，模式1較模式3至模式6兩年平均高21.28%～39.94%。模式4的產量也相對較高，2 a平均達7 989.40 kg/hm2，較模式3、模式5間和模式6兩年平均高7.01%～15.39%。2019—2020和2020—2021年模式4、模式3、模式5產量均顯著高于模式6。從產量構成因素看，單位面積穗數、每穗粒數與千粒質量在不同模式處理間也均表現出顯著差異。其中，2019—2020和2020—2021年單位面積穗數最高的均為模式1，其次為模式2，處理間差異達顯著水平，且均顯著高于其他處理，2 a平均高6.22%以上，最低的為模式5，比其他處理2 a平均低5.4%以上；2019—2020和2020—2021年每穗粒數最高的均為模式2，其次是模式5，比其他處理2 a平均高10.72%以上；2019—2020和2020—2021年千粒質量均為模式6最高，其次是模式5，比其他處理高1.38%以上，最低的為模式3，比其他處理2 a平均低2.85%以上。進一步分析單位面積總粒數（單位面積庫容量）可以看出，其表現出與單位面積產量一致的規律，說明以相對較高的穗數與每穗粒數協調產出足量的群體庫容量，并保持相對穩定的千粒質量，是小麥高產的關鍵。

表3 2019-2021年不同機械化耕播模式對冬小麥產量及其構成因素的影響Table 3 Effects of different mechanized tillage and sowing modes on winter wheat yield and its components from 2019 to 2021

2.4 經濟效益

經濟效益為產量收益與總投入成本的差值。由表4可知，2019—2020和2020—2021年的人工費、機械費、其他費用和總投入成本均相同，產量收益表現為與產量趨勢一致的規律性，其中2019—2020和2020—2021年產量收益最高的均為模式2，比模式1兩年平均高450.7元/hm2，平均高2.11%，模式1兩年均分別依次高于模式4、模式3、模式5與模式6；總成本為模式6最高，最低的為模式1，模式2與模式3也相對較低，分別比模式6低2.5%、1.8%、1.8%。最終經濟效益2019—2020和2020—2021年均為模式2最高，較模式3和模式6兩年平均高51.14%～112.68%，其次是模式1，較模式3至模式6兩年平均高46.94%～106.23%。最低的為模式6，其比模式2、模式1兩年平均分別低53.00%和51.51%，模式4兩年均依次高于模式3、模式5和模式6，2 a平均高14.23%～

表4 2019—2021年不同機械化耕播模式對冬小麥經濟效益的影響Table 4 Effects of different mechanized tillage and sowing modes on economic benefits of winter wheat from 2019 to 2021

40.35%。

進一步分析不同耕播模式的總成本構成要素可知，單位面積所需人工費用最低的為模式1，僅為129.4元/hm2，其次為模式2與模式3，最高的為模式6，達445.3 元/hm2，分別比模式1、模式2高244.1%和192.4%；單位面積所需機械費最低的為模式6，僅為144 元/hm2，最高的為傳統機械條播的模式4，比模式1高23.5%，模式2、模式3與模式5機械費相同，比模式4低3.2%，但比模式6、模式1分別高87.5%和19.5%。

3 討 論

3.1 不同機械耕播模式對小麥播種及出苗質量的影響

出苗率是衡量出苗質量的重要指標之一。研究結果表明，地表植被和殘茬過多，植被覆蓋率過小，將直接影響播種工序和出苗質量的優劣[12]。易峰等[13]研究表明，小麥的基本苗數隨著播深的增加呈現先增加后減少的趨勢，并且在播深2～3 cm時小麥出苗質量較好。徐紅軍等[14]研究認為，小麥出苗率受到播種深度、種子質量、土壤濕度、整地質量等因素的影響。在土壤墑情適宜的條件下，小麥播種深度以3～5 cm為宜，底墑充足、地力較差和播種偏晚的地塊，播種深度以3 cm左右為適宜，墑情較差、地力較肥的地塊以4～5 cm為宜。大粒種子可稍深播種，小粒種子可稍淺播種。胡國平等[15]研究認為，人工撒播播量不易控制，播種均勻性差。本研究結果表明，不同機械化耕播模式對小麥播種質量及出苗質量具有顯著影響，模式1不僅機械作業效率高，而且植被覆蓋率最高，地表植被與殘茬最少，播種深度最淺且適宜，因而機械播種后露籽率少，出苗率與出苗均勻度高，利于提高播種及出苗質量，可在大面積生產上示范應用；模式2的機械作業效率相對較高，植被覆蓋率也相對較高，露籽率少，出苗率最高，但播種深度最大，出苗均勻度最差，這可能與該模式的耕深相對較深有關，但仍在適宜播種深度范圍，因此在生產中如適當調整耕整深度，降低播種深度至適宜范圍內，也可在大面積上示范應用。模式3由于實行了淺旋播種，植被覆蓋率相對較低，地表植被與殘茬較多，一定程度上影響了出苗均勻度，但播種深度較為適宜，露籽率也很低，因而出苗率也相對較高，也可以在大面積生產中示范應用；傳統機械耕整與人工撒播（模式6）雖平均播深適宜，但植被覆蓋率相對較低，地表植被與殘茬較多，因而露籽率多，出苗均勻度也最差，同時作業效率也最低，不適宜大面積推廣應用。

3.2 不同機械化耕播模式對小麥幼苗生長、產量及其構成因素的影響

丁錦峰等[16]認為板茬方式小麥產量顯著高于旋耕和翻耕，每穗粒數和千粒質量較高；歐陽西榮[17]認為，免耕播種小麥的出苗早于旋耕播種，分蘗速度快，長葉快，前期積累優勢多，后期易高產。張斯梅等[18]研究認為，在秸稈還田條件下免耕比淺耕更具優勢，免耕播種小麥的穗數和穗粒數高于淺耕方式，能夠獲得更高的產量。而孔凡磊等[19]則持相反觀點，認為秸稈還田后免耕導致顯著減產。劉世平等[20]研究認為，在稻麥輪作的制度下，免耕的穗粒數少于耕翻，產量更低。在播種方式方面，季中亞等[21-24]研究認為，在不同氣候、不同地域條件下，條播小麥均高于撒播小麥。本研究結果表明，傳統淺旋耕整與人工撒播模式（模式6）在越冬初期的幼苗單株葉面積與干物質積累量雖然相對較大，但分蘗數最少，質量差，最終群體穗數最少，產量最低。少免耕機條播（模式3）在越冬初期的幼苗單株分蘗數、葉面積與群體干物質積累量少，幼苗質量差，成熟期穗數較少、穗型較小，產量較低。而LCB-10型小麥精確施肥旋耕播種機復合作業模式（模式2）越冬初期幼苗單株分蘗數最多，葉面積與干物質積累量最大，幼苗質量高，并且成熟期群體穗數相對較高，穗型大，產量最高，雙軸分層切削施肥播種鎮壓開溝復式作業模式（模式1）在越冬初期葉也具有相對較多的單株分蘗數與較高的葉面積與干物質積累量，且成熟期穗數多，群體穎花高，產量也高，僅比模式2低2.06%。與傳統機械施肥旋耕撒播模式（模式5）相比，由于模式4實施了智能條播，因此出苗率與出苗均勻度顯著提高，群體莖蘗數顯著高于模式5，最終成熟期群體穗數相比模式5顯著增多，多23.54%，產量相比模式5也顯著提高，高7.22%。因此，研究與應用機械深旋耕與智能精確條直播配套的復合耕播作業機械，不僅利于減少農耗，提高溫光資源利用率，而且利于提高耕播質量，促進小麥壯苗早發與個群體質量提高，最終提高小麥產量。

3.3 不同機械化耕播模式對小麥經濟效益及作業效率的影響

王少峰[25]研究表明，小麥生產成本的主要構成因素是肥料、機械和人工費，三者共計占含稅總成本的75.47%。在本研究中，不同耕播模式處理的肥料成本一致，造成成本差異的主要因素是機械和人工費用。研究結果表明，雙軸分層切削施肥播種鎮壓開溝復式作業模式（模式1）的機械和人工費均分別明顯低于多次機械作業模式2～5，模式1～5的人工費用更明顯低于傳統淺旋耕整與人工撒播模式（模式6），機械費用則以模式6最低。本研究還發現，經濟效益是綜合評價和反映小麥種植技術與經濟可行性的關鍵指標，由小麥產量收益與總投入成本決定。在高產高效栽培中起決定性因素的是產量收益，比較不同耕播模式經濟效益發現，經濟效益與產量收益呈現極顯著正相關關系，而與總投入成本呈弱負相關關系，其中經濟效益最好的為模式2，產量收益也最高，但其總投入成本比模式1略高，經濟效益位居第2的是模式1，其產量收益也位居第2，但總投入成本最低，模式6是所有處理中經濟效益最低的，其產量收益最低，總投入成本卻最高。因此，在小麥規模化高效生產中，應強化農機與農藝的優化配套，盡可能實現少人化與機械化、智能化，不斷提高作業效率，節省投入成本。

分析不同耕播模式作業效率及其與生產投入成本及經濟效益的關系發現，機械化、智能化播種（模式1～5）比人工播種（模式6）的作業效率顯著提高，且總投入成本低，經濟效益高，機械化撒播（模式5）比機械化條播（模式4）的作業效率略高，總投入成本略低，但產量收益與經濟效益顯著提高，模式1與模式2不僅作業效率高，而且出苗率高，成苗均勻，投入成本低，產量收益高，經濟效益好。因此，不斷加強一次性高質量完成機械化智能化施肥、旋耕、秸稈全量還田、播種、覆土、鎮壓與開溝復式作業機械研制與農藝技術的集成應用，是未來小麥高產優質綠色高效生產的發展方向。

4 結 論

新型雙軸分層切削施肥播種鎮壓開溝復式作業模式與LCB-10型小麥精確施肥播種機施肥旋耕播種覆土鎮壓復式作業模式及配套技術機械作業效率高，分別達0.36、0.18 hm2/h，且植被覆蓋率高、出苗率與出苗均勻度高、幼苗葉面積與干物質生長量大、穗數多，庫容充足，經濟產量與效益高，兩種模式產量均達9 500 kg/hm2以上，相較其他模式增幅21.28%以上，經濟效益均達12 000元/hm2以上，相較其他模式增幅46.94%以上，適宜在大面積生產上示范應用。綜上，小麥機械化、智能化旋耕條播栽培的作業效率、生產成本、經濟產量及效益優于淺耕與撒播栽培，大力發展以旋耕、淺勻條播與鎮壓為核心的小麥機械化智能化復式耕播模式及技術，是秸稈全量還田稻茬小麥豐產優質綠色高效栽培的關鍵。